CN116448852A - 气体传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体传感器元件，其既能进行被测定气体中的特定气体的浓度高的环境下的高精度浓度测定又能进行浓度低的环境下的高精度浓度测定。本发明的一个方面所涉及的气体传感器对被测定气体中的规定的气体成分的浓度与规定的浓度相比是高还是低进行判定，当判定为低时，与判定为高时相比，将传感器元件通过加热器部加热而达到的规定的温度设定得较低。

Description

气体传感器

技术领域

本发明涉及气体传感器。

背景技术

以往，关于对汽车的尾气等被测定气体中的氧、NO_x等特定气体浓度进行检测的气体传感器，已知有具备内部埋设有加热器以使构成传感器元件的氧离子传导性的固体电解质活化的传感器元件的气体传感器。例如，下述的专利文献1中公开一种具备内部埋设有加热器且以使得测定用泵单元的阻抗恒定的方式对加热器的电力进行控制的传感器元件的气体传感器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-318979号公报

发明内容

今后，随着汽车尾气法规的强化等，预测对于气体传感器不仅要求被测定气体中的特定气体的浓度高的环境下的高精度的浓度测定，而且在特定气体的浓度低的环境下也要求高精度的浓度测定。从这样的观点出发进行研究，结果，本发明的发明人发现了以下问题：在具有如上所述的结构的以往的气体传感器中难以既能进行被测定气体中的特定气体的浓度高的环境下的高精度浓度测定又能进行浓度低的环境下的高精度浓度测定。以下，对详细情况进行说明。

本发明的发明人首先发现：对被测定气体中的特定气体的浓度进行测定的气体传感器通常具有在浓度低的环境下偏离值的变动对测定精度带来较大影响的问题。即，被测定的浓度因偏离值的变动而发生数ppm的变化，因此，即便偏离值的变动恒定，被测定气体中的特定气体的浓度越低，偏离值的变动对测定精度的影响也越大。例如，被测定气体中的特定气体的浓度为500ppm的情况下，即便偏离值变动5ppm，由偏离值的变动所带来的误差也仅为1％。与此相对，被测定气体中的特定气体的浓度为50ppm的情况下，如果偏离值变动5ppm，则由偏离值的变动所带来的误差达到10％，偏离值的变动对测定精度带来较大影响。

此处，作为偏离值变动的一个原因，被认为是因加热器的设定温度、被测定气体的温度等而导致传感器元件(特别是测定电极等电极)的温度发生变动。于是，本发明的发明人研究了通过降低传感器元件的温度、即降低加热器的温度来抑制偏离值的变动。

其结果，本发明的发明人发现：只是单纯地降低传感器元件(电极)的温度，具有测定精度有可能下降的问题。即，如果降低传感器元件的温度，则被测定气体中的特定气体的分解反应被抑制，导致针对特定气体的灵敏度有可能下降，特别是，特定气体的浓度高的情况下，测定精度有可能恶化。

本发明的一个方面是鉴于上述情况而实施的，其目的在于，提供既能进行被测定气体中的特定气体的浓度高的环境下的高精度浓度测定又能进行浓度低的环境下的高精度浓度测定的气体传感器元件。

本发明为了解决上述课题而采用以下的结构。

第一观点所涉及的气体传感器具备：传感器元件，该传感器元件是将多个氧离子传导性的固体电解质层进行层叠而得到的，该传感器元件包括：供被测定气体导入的内部空腔；由设置于所述内部空腔的测定电极、设置于与所述内部空腔不同的部位的外侧泵电极和存在于所述测定电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质层构成的作为电化学泵单元的测定用泵单元；以及埋设于所述传感器元件的内部且将所述传感器元件加热到规定的温度的加热器部；判定部，该判定部基于所述测定用泵单元的输出，对所述被测定气体中的规定的气体成分的浓度与规定的浓度相比是高还是低进行判定；以及温度设定部，当由所述判定部判定为所述浓度低时，与判定为所述浓度高时相比，该温度设定部将所述规定的温度设定得较低。

该构成中，当判定为所述被测定气体中的规定的气体成分的浓度低时，与判定为所述浓度高时相比，将所述传感器元件通过所述加热器部加热而达到的“所述规定的温度”设定得较低。亦即，所述规定的气体成分的浓度低时，降低“所述规定的温度”；所述规定的气体成分的浓度高时，提高“所述规定的温度”。

因此，所述规定的气体成分的浓度低时，能够降低所述规定的温度而抑制偏离值的变动，另外，所述规定的气体成分的浓度高时，能够提高所述规定的温度，从而防止被测定气体中的特定气体的分解反应被抑制。另外，所述规定的气体成分的浓度高时，通过提高所述规定的温度，还能够抑制气体传感器长期使用时的输出变化。

所以，上述第一观点所涉及的气体传感器既能进行被测定气体中的特定气体的浓度高的环境下的高精度浓度测定又能进行浓度低的环境下的高精度浓度测定。

第二观点所涉及的气体传感器在上述第一观点所涉及的气体传感器的基础上，所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率可以为200[ohm/W]以上。该构成中，所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率为200[ohm/W]以上。此处，所述测定用泵单元的单元电阻的值相对于对所述加热器部投入的投入功率的变化而大幅变化的情况下，能够减小对所述测定用泵单元的单元电阻的值进行控制所需要的所述投入功率(的变化)。亦即，通过使所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率变大，能够利用对所述加热器部投入的较小投入功率(的变化)来控制所述测定用泵单元的单元电阻的值。并且，本发明的发明人通过实验确认到：所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率优选为例如大气下200[ohm/W]以上。因此，对于上述第二观点所涉及的气体传感器，通过使所述测定用泵单元的单元电阻相对于所述投入功率的斜率为200[ohm/W]以上，能够利用较小的所述投入功率来控制所述测定用泵单元的单元电阻的值。应予说明，“单元电阻相对于对加热器部投入的投入功率的斜率”例如为“大气中的单元电阻相对于对加热器部投入的投入功率的斜率”。

第三观点所涉及的气体传感器在上述第一观点或上述第二观点所涉及的气体传感器的基础上，所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率可以为5000[ohm/W]以下。该构成中，所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率为5000[ohm/W]以下。此处，如上所述，通过使所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率变大，能够利用对所述加热器部投入的较小投入功率(的变化)来控制所述测定用泵单元的单元电阻的值。并且，本发明的发明人通过实验确认到：所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率优选为例如大气下5000[ohm/W]以下。因此，对于上述第三观点所涉及的气体传感器，通过使所述测定用泵单元的单元电阻相对于所述投入功率的斜率为5000[ohm/W]以下，能够利用较小的所述投入功率来控制所述测定用泵单元的单元电阻的值。

第四观点所涉及的气体传感器在上述第一观点至上述第三观点中的任一观点所涉及的气体传感器的基础上，可以为：所述传感器元件还具备一个以上的作为电化学泵单元的调整用泵单元，该电化学泵单元由面对所述内部空腔而形成的内侧泵电极、以与所述外侧泵电极或所述固体电解质层接触地露出于外部空间的方式设置的第三电极、以及在所述内侧泵电极与所述外侧泵电极或所述第三电极之间所存在的所述固体电解质层构成，所述测定用泵单元被导入在所述调整用泵单元中对所述被测定气体中包含的氧进行了泵送处理后的所述被测定气体，所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率大于所述调整用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率。

该构成中，所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率大于所述调整用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率。亦即，该构成中，与所述调整用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率相比，所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率较大。另外，与所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率相比，所述调整用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率较小。

通过采用这样的构成，上述第四观点所涉及的气体传感器能够利用较小的所述投入功率来控制所述测定用泵单元的单元电阻的值，并且，所述调整用泵单元的温度不会过高或过低。

如上所述，通过使所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率变大，能够利用对所述加热器部投入的较小投入功率(的变化)来控制所述测定用泵单元的单元电阻的值。

另外，通过使所述调整用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率变小，容易很好地控制所述调整用泵单元的温度，能够控制所述被测定气体中的规定的气体的分解反应。

即，如果所述调整用泵单元的温度过高，则在所述调整用泵单元中，所述被测定气体中的规定的气体与所述内侧泵电极之间的反应增加，由此所述被测定气体中的规定的气体的分解反应被过度促进。另外，如果所述调整用泵单元的温度过低，则所述调整用泵单元的泵电压增加，由此所述被测定气体中的规定的气体的分解反应被过度促进。

与此相对，上述第四观点所涉及的气体传感器中，所述调整用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率较小，因此，能够很好地控制所述调整用泵单元的温度。上述第四观点所涉及的气体传感器中，由于很好地控制所述调整用泵单元的温度，所以，所述调整用泵单元的温度不会过高或过低，能够抑制所述被测定气体中的规定的气体的分解反应被过度促进。

因此，上述第四观点所涉及的气体传感器能够利用较小的所述投入功率来控制所述测定用泵单元的单元电阻的值，另外，能够很好地控制所述调整用泵单元的温度，从而抑制所述规定的气体的分解反应被过度促进。

第五观点所涉及的气体传感器在上述第四观点所涉及的气体传感器的基础上，可以为：当由所述判定部判定为所述浓度低时，所述测定用泵单元的单元电阻的值被控制为达到规定的第一值，当由所述判定部判定为所述浓度高时，所述测定用泵单元的单元电阻的值被控制为达到与所述第一值不同的规定的第二值。该构成中，当判定为所述浓度低时，所述测定用泵单元的单元电阻的值被控制为达到所述第一值，另外，当判定为所述浓度高时，所述测定用泵单元的单元电阻的值被控制为达到所述第二值。因此，上述第五观点所涉及的气体传感器能够抑制测定结果因时间的经过(例如所述测定用泵单元的单元电阻的值的变动)而不是所述被测定气体中的规定的气体成分的浓度而发生变动的情况发生。

第六观点所涉及的气体传感器在上述第四观点或上述第五观点所涉及的气体传感器的基础上，所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率可以为所述调整用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍。该构成中，所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率为所述调整用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍。如上所述，所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率优选大于所述调整用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率。并且，本发明的发明人通过实验确认到：优选使所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率为所述调整用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍。因此，上述第六观点所涉及的气体传感器能够利用较小的所述投入功率来控制所述测定用泵单元的单元电阻的值，另外，能够很好地控制所述调整用泵单元的温度，从而抑制所述规定的气体的分解反应被过度促进。

应予说明，作为上述各观点所涉及的气体传感器的另一方式，本发明的一个方面可以为实现以上的各构成的全部或其一部分的信息处理方法，也可以为程序，还可以为存储有这样的程序的计算机及其他装置、机械等可读取的存储介质。此处，计算机等可读取的存储介质是指：将程序等信息借助电作用、磁作用、光学作用、机械作用或化学作用而蓄积的介质。实现以上的各构成的全部或其一部分的信息处理方法可以根据所包含的运算内容而称为例如气体传感器的控制方法等。同样地，实现以上的各构成的全部或其一部分的程序可以称为例如气体传感器的控制程序等。

例如，第七观点所涉及的气体传感器的控制方法是信息处理方法，该气体传感器具备传感器元件，该传感器元件是将多个氧离子传导性的固体电解质层进行层叠而得到的，且该传感器元件包括：供被测定气体导入的内部空腔；由设置于所述内部空腔的测定电极、设置于与所述内部空腔不同的部位的外侧泵电极和存在于所述测定电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质层构成的作为电化学泵单元的测定用泵单元；以及埋设于所述传感器元件的内部且将所述传感器元件加热到规定的温度的加热器部，所述气体传感器的控制方法执行：判定步骤，该步骤中，基于所述测定用泵单元的输出，对所述被测定气体中的规定的气体成分的浓度与规定的浓度相比是高还是低进行判定；以及温度设定步骤，该步骤中，当在所述判定步骤中判定为所述浓度低时，与判定为所述浓度高时相比，将所述规定的温度降低。

发明效果

根据本发明，可以提供既能进行被测定气体中的特定气体的浓度高的环境下的高精度浓度测定又能进行浓度低的环境下的高精度浓度测定的气体传感器元件。

附图说明

图1是包括传感器元件的沿着长度方向的垂直剖视图在内的概要地表示气体传感器的构成的一例的图。

图2是表示图1的传感器中的传感器元件驱动温度设定处理的概要的图。

图3是针对图1的传感器表示测定用泵单元的单元电阻相对于对加热器部投入的投入功率的斜率等图像的一例的图。

图4是针对变形例所涉及的传感器表示测定用泵单元的单元电阻相对对加热器部投入的投入功率的斜率等图像的一例的图。

图5是表示变形例所涉及的传感器具备的控制器的功能构成的一例的图。

附图标记说明

S、S1、S2…气体传感器、100…气体传感器元件(传感器元件)、111…判定部、112…温度设定部、1…第一基板层(固体电解质层)、2…第二基板层(固体电解质层)、3…第三基板层(固体电解质层)、4…第一固体电解质层(固体电解质层)、5…隔离层(固体电解质层)、6…第二固体电解质层(固体电解质层)、7…被测定气体流通部(内部空间)、44…测定电极、23…外侧泵电极、41…测定用泵单元、70…加热器(加热器部)、22…内侧泵电极、51…辅助泵电极(内侧泵电极)、21…主泵单元(调整用泵单元)、50…辅助泵单元(调整用泵单元)。

具体实施方式

以下，基于附图，对本发明的一个方面所涉及的实施方式(以下也记载为“本实施方式”)进行说明。不过，以下说明的本实施方式在所有方面均不过是本发明的示例。当然可以不脱离本发明的范围进行各种改良、变形。亦即，在实施本发明时，可以适当采用与实施方式相应的具体构成。

本实施方式所涉及的气体传感器是：通过内部埋设有将传感器元件加热到规定温度的加热器部的传感器元件对NO_x进行监测并测定其浓度的传感器。本实施方式所涉及的气体传感器基于所述传感器元件所具备的作为电化学泵单元的测定用泵单元的输出，对NO_x的浓度与基准浓度相比是高还是低进行判定。并且，对于本实施方式所涉及的气体传感器，当判定为NO_x的浓度低于基准浓度时，与判定为NO_x的浓度高于基准浓度时相比，将所述规定的温度设定得较低。

因此，对于本实施方式所涉及的气体传感器，在NO_x的浓度低时，可以降低所述规定的温度而抑制偏离值的变动，另外，在NO_x的浓度高时，可以提高所述规定的温度而防止NO_x的分解反应被抑制。以下，对具有上述构成的气体传感器的一例进行说明。

[构成例]

图1是包括本实施方式所涉及的气体传感器元件100的沿着长度方向的垂直剖视图在内的概要地表示气体传感器S的构成的一例的图。如图1所例示，气体传感器S具备气体传感器元件100和控制器110。气体传感器元件100呈例如沿着长度方向(轴向)延伸的细长的长条板状体形状，另外，例如形成为长方体状。图1例示的气体传感器元件100中，作为长度方向上的各端部，具有前端部及后端部，以下说明中，将前端部设为图1的左侧的端部(亦即、前侧的端部)，并将后端部设为图1的右侧的端部(亦即、后侧的端部)。然而，气体传感器元件100的形状可以不限定于这样的例子，可以根据实施方式进行适当选择。应予说明，以下说明中，将图1的纸面里侧设为气体传感器元件100的右侧，并将纸面跟前侧设为气体传感器元件100的左侧。另外，控制器110中，作为功能结构，具备：判定部111、温度设定部112、以及加热器控制部113。以下，对气体传感器元件100及控制器110各自的详细情况进行说明。

＜气体传感器元件＞

如图1所例示的那样，气体传感器元件100具备将第一基板层1、第二基板层2、第三基板层3、第一固体电解质层4、隔离层5以及第二固体电解质层6自下侧开始按该顺序层叠而构成的层叠体。各层1－6由氧化锆(ZrO₂)等具有氧离子传导性的固体电解质层构成。形成各层1－6的固体电解质可以为致密质的固体电解质。致密质是指：气孔率为5％以下。

气体传感器元件100如下制造，例如，对与各层相对应的陶瓷生片执行规定的加工、配线图案的印刷等工序，然后使它们层叠，进而进行烧成而使它们实现一体化。作为一例，气体传感器元件100为多个陶瓷层的层叠体。本实施方式中，第二固体电解质层6的上表面构成气体传感器元件100的上表面，第一基板层1的下表面构成气体传感器元件100的下表面，各层1～6的各侧面构成气体传感器元件100的各侧面。

本实施方式中，在气体传感器元件100的一个末端部且在第二固体电解质层6的下表面62与第一固体电解质层4的上表面之间设置有构成为将被测定气体从外部的空间引入的内部空间。本实施方式所涉及的内部空间构成为：气体导入口10、第一扩散速度控制部11、缓冲空间12、第二扩散速度控制部13、第一内部空腔15、第三扩散速度控制部16、第二内部空腔17、第四扩散速度控制部18以及第三内部空腔19以按该顺序依次连通的方式彼此相邻地形成。即，本实施方式所涉及的内部空间具有3室结构(第一内部空腔15、第二内部空腔17以及第三内部空腔19)。

一例中，该内部空间是以将隔离层5挖空的方式设置的。内部空间的上部由第二固体电解质层6的下表面62区划而成。内部空间的下部由第一固体电解质层4的上表面区划而成。内部空间的侧部由隔离层5的侧面区划而成。

第一扩散速度控制部11设置成2条横长(与附图垂直的方向为开口的长边方向)的狭缝。另外，第二扩散速度控制部13、第三扩散速度控制部16、以及第四扩散速度控制部18分别设置为沿着与附图垂直的方向延伸的长度比第一内部空腔15、第二内部空腔17、以及第三内部空腔19短的孔。

如图1所例示的那样，第二扩散速度控制部13及第三扩散速度控制部16均可以与第一扩散速度控制部11同样地设置成2条横长(与附图垂直的方向为开口的长边方向)的狭缝。与此相对，第四扩散速度控制部18可以设置为以与第二固体电解质层6的下表面之间的间隙的形式形成的1条横长(与附图垂直的方向为开口的长度方向)的狭缝。即，第四扩散速度控制部18可以与第一固体电解质层4的上表面接触。下文中，对第二扩散速度控制部13、第三扩散速度控制部16、以及第四扩散速度控制部18分别详细地进行说明。将气体导入口10至第三内部空腔19的部位(内部空间)称为被测定气体流通部7。

在比被测定气体流通部7远离前端侧(气体传感器元件100的前侧)的位置，在第三基板层3的上表面与隔离层5的下表面之间、且是在侧部由第一固体电解质层4的侧面区划而成的位置设置有基准气体导入空间43。例如，大气等基准气体导入至基准气体导入空间43。不过，气体传感器元件100的构成可以不限定于该例。作为另一例，第一固体电解质层4可以构成为延伸至气体传感器元件100的后端，也可以省略基准气体导入空间43。这种情况下，大气导入层48可以构成为延伸至气体传感器元件100的后端。

在与基准气体导入空间43相邻的第三基板层3的上表面的一部分设置有大气导入层48。大气导入层48构成为：由多孔质氧化铝形成，基准气体经由基准气体导入空间43而导入。此外，大气导入层48形成为将基准电极42覆盖。

基准电极42形成为：夹持于第三基板层3的上表面与第一固体电解质层4之间，在其周围设置有与上述基准气体导入空间43连接的大气导入层48。基准电极42用于对第一内部空腔15内及第二内部空腔17内的氧浓度(氧分压)进行测定。下文中，对详细情况进行说明。

气体导入口10是被测定气体流通部7中相对于外部空间而开口的部位。气体传感器元件100构成为：将被测定气体通过该气体导入口10而从外部空间引入内部。本实施方式中，如图1所例示的那样，气体导入口10配置于气体传感器元件100的前端面(前表面)。亦即，被测定气体流通部7构成为：在气体传感器元件100的前端面具有开口。不过，被测定气体流通部7构成为在气体传感器元件100的前端面具有开口、亦即将气体导入口10配置于气体传感器元件100的前端面不是必须的。气体传感器元件100只要能够将被测定气体从外部空间引入被测定气体流通部7的内部即可，可以将气体导入口10配置于例如气体传感器元件100的右表面或左表面。

第一扩散速度控制部11是对从气体导入口10引入的被测定气体施加规定的扩散阻力的部位。

缓冲空间12是为了将从第一扩散速度控制部11导入的被测定气体向第二扩散速度控制部13引导而设置的空间。

第二扩散速度控制部13是对从缓冲空间12向第一内部空腔15导入的被测定气体施加规定的扩散阻力的部位。

被测定气体在从气体传感器元件100的外部空间被导入至第一内部空腔15内时，有时因外部空间的被测定气体的压力变动(被测定气体为汽车的尾气的情况下的排气压力的脉动)而从气体导入口10急剧地引入气体传感器元件100内部。即便是这种情况下，该构成中，所引入的被测定气体也并非直接向第一内部空腔15导入，而是在通过第一扩散速度控制部11、缓冲空间12、第二扩散速度控制部13将被测定气体的浓度变动消除之后向第一内部空腔15导入。由此，向第一内部空腔15导入的被测定气体的浓度变动达到几乎可以忽略的程度。

第一内部空腔15设置成用于对通过第二扩散速度控制部13而导入的被测定气体中的氧分压进行调整的空间。主泵单元21工作而对该氧分压进行调整。

主泵单元21是由内侧泵电极22、外侧泵电极23、以及被内侧泵电极22和外侧泵电极23夹持的第二固体电解质层6构成的电化学泵单元。内侧泵电极22具有在第二固体电解质层6的下表面62的、与第一内部空腔15相邻(面对)的部分的大致整面所设置的顶部电极部22a。外侧泵电极23在第二固体电解质层6的上表面63的与顶部电极部22a对应的区域以与外部空间相邻的方式而设置。主泵单元21是“调整用泵单元”的一例。

内侧泵电极22形成为跨越划分出第一内部空腔15的上下固体电解质层(第二固体电解质层6及第一固体电解质层4)及构成侧壁的隔离层5。具体而言，在构成第一内部空腔15的顶面的第二固体电解质层6的下表面62形成有顶部电极部22a，另外，在构成底面的第一固体电解质层4的上表面形成有底部电极部22b。并且，侧部电极部(省略图示)按与上述顶部电极部22a及底部电极部22b连接的方式形成于构成第一内部空腔15的两个侧壁部的隔离层5的侧壁面(内表面)。亦即，内侧泵电极22在该侧部电极部的配设部位以隧道形态的结构配设。内侧泵电极22是“面对内部空腔(被测定气体流通部7)而形成的内侧泵电极”的一例。

内侧泵电极22及外侧泵电极23形成为多孔质金属陶瓷电极(例如由包含1％的Au的Pt及ZrO₂构成的金属陶瓷电极)。应予说明，与被测定气体接触的内侧泵电极22利用减弱了针对被测定气体中的氮氧化物(NO_x)成分的还原能力的材料而形成。

气体传感器元件100构成为：在主泵单元21，向内侧泵电极22与外侧泵电极23之间施加所期望的泵电压Vp0，并使泵电流Ip0沿着正向或者负向而在内侧泵电极22与外侧泵电极23之间流通，由此能够将第一内部空腔15内的氧汲出到外部空间，或者将外部空间的氧汲入至第一内部空腔15。

另外，为了对第一内部空腔15的气氛中的氧浓度(氧分压)进行检测，由内侧泵电极22、第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4、第三基板层3以及基准电极42构成主泵控制用氧分压检测传感器单元80(即、电化学传感器单元)。

气体传感器元件100构成为：通过对主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电动势V0进行测定，能够确定第一内部空腔15内的氧浓度(氧分压)。此外，对Vp0进行反馈控制以使得电动势V0恒定，由此对泵电流Ip0进行控制。由此，第一内部空腔15内的氧浓度能够保持为规定的恒定值。

第三扩散速度控制部16是如下部位：对在第一内部空腔15通过主泵单元21的动作而控制了氧浓度(氧分压)之后的被测定气体施加规定的扩散阻力，并将该被测定气体导入至第二内部空腔17。

第二内部空腔17设置成用于对通过第三扩散速度控制部16而导入的被测定气体中的氧分压进一步进行调整的空间。通过辅助泵单元50进行工作而对该氧分压进行调整。

辅助泵单元50是由辅助泵电极51、外侧泵电极23(不限于外侧泵电极23，只要是气体传感器元件100的外侧的适当电极即可)、以及第二固体电解质层6构成的辅助性的电化学泵单元。辅助泵电极51具有在第二固体电解质层6的下表面的、面对第二内部空腔17的部分的大致整体所设置的顶部电极部51a。辅助泵单元50是“调整用泵单元”的一例。另外，上述的“气体传感器元件100的外侧的适当电极”是“以与固体电解质层接触地露出于外部空间的方式设置的第三电极”的一例。

该辅助泵电极51以与此前的设置于第一内部空腔15内的内侧泵电极22同样的隧道形态的结构配设于第二内部空腔17内。即，相对于构成第二内部空腔17顶面的第二固体电解质层6的下表面62而形成有顶部电极部51a，另外，在构成第二内部空腔17底面的第一固体电解质层4的上表面形成有底部电极部51b。并且，将上述顶部电极部51a和底部电极部51b连结的侧部电极部(省略图示)分别形成于构成第二内部空腔17的侧壁的隔离层5的两个壁面。据此，辅助泵电极51具有隧道形态的结构。辅助泵电极51是“面对内部空腔(被测定气体流通部7)而形成的内侧泵电极”的一例。

应予说明，对于辅助泵电极51，也与内侧泵电极22同样地利用减弱了针对被测定气体中的氮氧化物成分的还原能力的材料而形成。

气体传感器元件100构成为：在辅助泵单元50，向辅助泵电极51与外侧泵电极23之间施加所期望的电压Vp1，由此能够将第二内部空腔17内的气氛中的氧汲出到外部空间，或者将氧从外部空间汲入到第二内部空腔17内。

另外，为了控制第二内部空腔17内的气氛中的氧分压，由辅助泵电极51、基准电极42、第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4以及第三基板层3构成辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81(即、电化学传感器单元)。

应予说明，辅助泵单元50利用可变电源52进行泵送，该可变电源52基于由上述辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81检测出的电动势V1而被进行电压控制。由此，第二内部空腔17内的气氛中的氧分压被控制至实质上对NO_x的测定无影响的较低的分压。

另外，与此同时，其泵电流Ip1用于控制主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电动势。具体而言，泵电流Ip1作为控制信号而输入至主泵控制用氧分压检测传感器单元80，并对其电动势V0进行控制，由此控制为：从第三扩散速度控制部16导入至第二内部空腔17内的被测定气体中的氧分压的梯度始终恒定。在作为NO_x传感器进行使用时，第二内部空腔17内的氧浓度因主泵单元21和辅助泵单元50的作用而保持为约0.001ppm左右的恒定值。

第四扩散速度控制部18是如下部位：对在第二内部空腔17通过辅助泵单元50的动作而控制了氧浓度(氧分压)之后的被测定气体施加规定的扩散阻力，并将该被测定气体导入至第三内部空腔19。

第三内部空腔19设置为用于进行如下处理的空间，即，对通过第四扩散速度控制部18而导入的被测定气体中的氮氧化物(NO_x)浓度进行测定。通过测定用泵单元41的动作而对NO_x浓度进行测定。本实施方式中，在第二内部空腔17内，利用辅助泵单元50，对在第一内部空腔15内预先调整了氧浓度(氧分压)之后又通过第三扩散速度控制部而导入的被测定气体进一步进行氧分压的调整。据此，能够将从第二内部空腔17向第三内部空腔19导入的被测定气体的氧浓度高精度地保持恒定。因此，本实施方式所涉及的气体传感器元件100能够高精度地测定NO_x浓度。

测定用泵单元41在第三内部空腔19内进行被测定气体中的氮氧化物浓度的测定。测定用泵单元41是由测定电极44、外侧泵电极23、第二固体电解质层6、隔离层5以及第一固体电解质层4构成的电化学泵单元。图1的一例中，测定电极44设置于第一固体电解质层4的上表面的、与第三内部空腔19相邻(面对)的位置。

测定电极44是多孔质金属陶瓷电极。测定电极44还作为对第三内部空腔19内的气氛中存在的NO_x进行还原的NO_x还原催化剂而发挥作用。图1的一例中，测定电极44在第三内部空腔19内露出。另一例中，测定电极44可以被扩散速度控制部覆盖。该扩散速度控制部可以由以氧化铝(Al₂O₃)为主成分的多孔体的膜构成。该扩散速度控制部承担对流入至测定电极44的NO_x的量进行限制的作用，并且，还作为测定电极44的保护膜而发挥作用。

气体传感器元件100构成为：在测定用泵单元41，能够将因测定电极44周围的气氛中的氮氧化物分解而产生的氧汲出，并能够作为泵电流Ip2而检测出其生成量。

另外，为了对测定电极44周围的氧分压进行检测，由第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4、第三基板层3、测定电极44以及基准电极42构成测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82(即、电化学传感器单元)。基于由测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的电压(电动势)V2而对可变电源46进行控制。

导入到第三内部空腔19内的被测定气体在氧分压被控制的状况下到达测定电极44。测定电极44周围的被测定气体中的氮氧化物被还原(2NO→N₂+O₂)而生成氧。并且，该生成的氧由测定用泵单元41进行泵送，此时，对可变电源的电压Vp2进行控制，以使得由测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测出的控制电压V2恒定。在测定电极44的周围生成的氧的量与被测定气体中的氮氧化物的浓度成正比，因此，利用测定用泵单元41中的泵电流Ip2对被测定气体中的氮氧化物浓度进行计算。

另外，通过对测定电极44、第一固体电解质层4、第三基板层3以及基准电极42进行组合而构成氧分压检测机构来作为电化学传感器单元，能够检测出与下述差值相应的电动势，上述差值是指：因测定电极44周围的气氛中的NO_x成分的还原而生成的氧的量与基准大气中含有的氧的量的差值。由此，还能够求出被测定气体中的氮氧化物成分的浓度。

另外，由第二固体电解质层6、隔离层5、第一固体电解质层4、第三基板层3、外侧泵电极23以及基准电极42构成电化学传感器单元83。气体传感器元件100构成为：能够利用该传感器单元83而获得电动势Vref，并能够利用该电动势Vref对传感器外部的被测定气体中的氧分压进行检测。

在具有上述构成的气体传感器元件100中，通过使主泵单元21以及辅助泵单元50工作，能够将氧分压始终保持为恒定的低值(实质上对NO_x的测定无影响的值)的被测定气体提供给测定用泵单元41。因此，气体传感器元件100构成为：基于泵电流Ip2，能够确定被测定气体中的氮氧化物浓度，该泵电流Ip2与被测定气体中的氮氧化物的浓度大致成正比，通过NO_x的还原而生成的氧由测定用泵单元41汲出而进行流通。

此外，气体传感器元件100具备加热器70，该加热器70承担对气体传感器元件100进行加热并保温的温度调整作用，以便提高固体电解质的氧离子传导性。加热器70主要具备：加热器电极71(例如未图示的71a、71b、71c)、加热器构件72、加热器引线72a(例如未图示的72a1、72a2)、通孔73、加热器绝缘层74、以及图1中省略图示的加热器电阻检测引线76(图2)。另外，图1的一例中，加热器70还具备压力释放孔75。

加热器70除了加热器电极71以外，均埋设于气体传感器元件100的基体部。本实施方式中，加热器70在气体传感器元件100的厚度方向(竖直方向/层叠方向)上配置于比气体传感器元件100的上表面靠近气体传感器元件100的下表面的位置。不过，加热器70的配置可以不限定于该例，可以根据实施方式而适当选择。

加热器电极71是以与第一基板层1的下表面(气体传感器元件100的下表面)接触的方式形成的电极。通过将加热器电极71与外部电源连接，能够从外部向加热器70供电。

加热器构件72是以由第二基板层2及第三基板层3上下夹持的方式形成的电阻体、亦即、设置于第二基板层2与第三基板层3之间的电阻发热体。从图1中省略图示的配备于气体传感器元件100外部的加热器电源77(图2)通过作为通电路径的加热器电极71、通孔73及加热器引线72a进行供电，使得加热器构件72发热，进行形成气体传感器元件100的固体电解质的加热和保温。加热器构件72由Pt形成，或者以Pt为主成分而形成。加热器构件72以在元件厚度方向上与被测定气体流通部7对置的方式埋设于气体传感器元件100的被测定气体流通部7所在侧的规定范围。加热器构件72设置成具有例如10μm～20μm左右的厚度。

与加热器构件72的两端连接的1对加热器引线(例如未图示的加热器引线72a1和加热器引线72a2)设置为具有大致相同的形状、亦即、两者的电阻值相同。加热器引线72a1、72a2分别经由对应的通孔73而与不同的加热器电极71a、71b(未图示)连接。

此外，以从加热器构件72与一个加热器引线72a2的连接部引出的方式设置有加热器电阻检测引线76。应予说明，加热器电阻检测引线76的电阻值可以忽略。加热器电阻检测引线76经由对应的通孔73而与加热器电极71c(未图示)连接。

另外，加热器构件72能够将气体传感器元件100整体调整到上述固体电解质活化的温度。即，气体传感器元件100中，通过加热器电极71使电流流通于加热器构件72，使得加热器构件72发热，由此能够将气体传感器元件100的各部分加热到规定的温度并保温。具体而言，气体传感器元件100被加热到被测定气体流通部7附近的固体电解质及电极的温度达到例如700℃～900℃左右(或750℃～950℃)。通过该加热，使得气体传感器元件100中构成基体部的固体电解质的氧离子传导性提高。应予说明，有时将气体传感器S使用时的(气体传感器元件100被驱动时的)加热器构件72的加热温度称为传感器元件驱动温度。

加热器构件72的发热程度通过加热器构件72的电阻值的大小(加热器电阻)进行把握。设置加热器电阻检测引线76的目的在于，对该加热器电阻进行测定。

加热器绝缘层74是以将加热器构件72覆盖的方式形成的绝缘层，例如由氧化铝等绝缘体在加热器构件72的上下表面形成的绝缘层。形成加热器绝缘层74的目的在于，得到第二基板层2与加热器构件72之间的电绝缘性、以及第三基板层3与加热器构件72之间的电绝缘性。加热器绝缘层74以70μm～110μm左右的厚度设置于与气体传感器元件100的前端面及侧面相距200μm～700μm左右的位置。不过，加热器绝缘层74的厚度不需要恒定，存在加热器构件72的部位和不存在加热器构件72的部位可以不同。

压力释放孔75是设置成贯穿第三基板层3并与基准气体导入空间43连通的部位，形成压力释放孔75的目的在于，对加热器绝缘层74内的温度上升所伴随的内压上升进行缓和。不过，设置压力释放孔75不是必须的，也可以不设置压力释放孔75。

＜控制器＞

接下来，对控制器110的功能详细地进行说明。控制器110对气体传感器S的各部分的动作进行控制，并且，基于流通于气体传感器元件100的泵电流Ip2来确定NO_x浓度，另外，通过加热器70而将气体传感器元件100加热到“规定的温度(传感器元件驱动温度)”。控制器110通过通用或者专用的计算机来实现，作为由其CPU、存储器等实现的功能的构成要素，如图1所例示的那样，具备：判定部111、温度设定部112、以及加热器控制部113。应予说明，气体传感器S将来自汽车发动机的排气中包含的NO_x作为监测及测定的对象，气体传感器元件100安装于排气路径的情况下，控制器110的一部分或者全部的功能可以通过搭载于该汽车的ECU(电子控制装置)来实现。

另外，图1等中，作为控制器110具备的功能块，举出了判定部111、温度设定部112、加热器控制部113，不过，控制器110也可以具备除了上述功能块以外的功能块。控制器110可以具备例如NO_x的监测、浓度运算等其他用途的功能块。具体而言，控制器110可以进一步具备：对各泵单元的动作进行控制的功能块、运算NO_x浓度的功能块、对控制器110具备的各部分的动作进行统筹控制的功能块等。

判定部111基于测定用泵单元41的输出来判定被测定气体中的NO_x的浓度与规定的浓度(基准浓度)相比是高还是低。判定部111取得例如流通于测定用泵单元41的泵电流Ip2的值，基于取得的泵电流Ip2来判定被测定气体中的NO_x的浓度与基准浓度相比是高还是低。判定部111可以利用根据泵电流Ip2确定被测定气体中的NO_x的浓度的现有方法来确定NO_x的浓度，将确定的NO_x的浓度和基准浓度进行比较，判定NO_x的浓度与基准浓度相比是高还是低。判定部111也可以取得流通于测定用泵单元41的泵电流Ip2的值，基于描述了预先针对气体传感器元件100设定的灵敏度特性的灵敏度特性数据来确定NO_x浓度。该灵敏度特性可以在实际使用气体传感器S之前预先采用NO_x浓度已知的多个种类的试样气体进行确定，并将作为其数据的灵敏度特性数据存储于控制器110。

温度设定部112设定气体传感器元件100通过加热器70加热而达到的“规定的温度(传感器元件驱动温度)”。特别是，当由判定部111判定为NO_x的浓度低于基准浓度时，与由判定部111判定为NO_x的浓度高于基准浓度时相比，温度设定部112将规定的温度设定得较低。即，由判定部111判定为NO_x的浓度低于基准浓度的情况下，温度设定部112设定的规定的温度比由判定部111判定为NO_x的浓度高于基准浓度时温度设定部112设定的规定的温度低。

加热器控制部113对加热器70的动作进行控制。具体而言，以使得作为加热器电阻检测引线76与加热器引线72a之间的电阻值而得到的加热器电阻(加热器构件72的电阻)的值达到与由温度设定部112设定的规定的温度相对应的值的方式对施加于加热器电源77的加热器电压进行控制。据此，加热器控制部113对针对加热器70的供电进行控制，亦即控制对加热器70投入的投入功率。加热器构件72以与按该方式控制的加热器电阻相对应的发热量进行发热。加热器控制部113与“由温度设定部112设定的规定的温度”相对应地控制该加热器电阻的值，使得气体传感器元件100由加热器70加热而达到“由温度设定部112设定的规定的温度”。对加热器70投入的投入功率是指：向加热器70施加的电压(亦即、向加热器间施加的电压)与流通于加热器70的电流(亦即、流通于加热器间的电流)之积。

＜传感器元件驱动温度设定处理＞

图2是表示气体传感器S中的传感器元件驱动温度设定处理的概要的图。如图2所例示的那样，传感器元件驱动温度设定处理中，首先，判定部111从测定用泵单元41取得测定用泵单元41的输出。例如，判定部111从测定用泵单元41取得流通于测定用泵单元41的泵电流Ip2的值。判定部111根据取得的测定用泵单元41的输出(例如、泵电流Ip2)来判定被测定气体中的NO_x的浓度与基准浓度相比是高还是低(判定步骤)。例如，判定部111根据泵电流Ip2确定被测定气体中的NO_x的浓度，并将确定的NO_x的浓度和基准浓度进行比较，由此判定被测定气体中的NO_x的浓度与基准浓度相比是高还是低。判定部111将采用测定用泵单元41的输出进行的判定结果(判定结果)、亦即被测定气体中的NO_x的浓度与基准浓度相比是高还是低通知给温度设定部112。

判定部111对被测定气体中的NO_x的浓度与基准浓度相比是高还是低进行判定时使用的“测定用泵单元41的输出”不限于泵电流Ip2的值。只要判定部111采用任意的“测定用泵单元41的输出”能够判定被测定气体中的NO_x的浓度与基准浓度相比是高还是低即可。

温度设定部112基于由判定部111通知的判定结果，设定气体传感器元件100通过加热器70加热而达到的“规定的温度”、亦即传感器元件驱动温度。此处，当由判定部111判定为NO_x的浓度低于基准浓度时，与由判定部111判定为NO_x的浓度高于基准浓度时相比，温度设定部112将传感器元件驱动温度设定得较低(温度设定步骤)。

即，当由判定部111判定为NO_x的浓度低于基准浓度时，温度设定部112设定比由判定部111判定为NO_x的浓度高于基准浓度时设定的传感器元件驱动温度低的传感器元件驱动温度。另外，当由判定部111判定为NO_x的浓度高于基准浓度时，温度设定部112设定比由判定部111判定为NO_x的浓度低于基准浓度时设定的传感器元件驱动温度高的传感器元件驱动温度。应予说明，当由判定部111判定为NO_x的浓度与基准浓度相等时，温度设定部112可以设定与该时刻设定的传感器元件驱动温度相同的温度的传感器元件驱动温度。温度设定部112将设定的传感器元件驱动温度通知给加热器控制部113。

加热器控制部113基于由温度设定部112通知的传感器元件驱动温度，对加热器70的动作进行控制。例如，加热器控制部113以使得加热器电阻(加热器构件72的电阻)的值达到与由温度设定部112通知的传感器元件驱动温度相对应的值的方式对施加于加热器电源77的加热器电压进行控制。通过加热器控制部113对从加热器电源77朝向加热器70投入的投入功率(供电)进行控制，加热器70以使得气体传感器元件100的温度达到由温度设定部112设定的传感器元件驱动温度的方式对气体传感器元件100进行加热。

该构成中，当判定为被测定气体中的NO_x的浓度低于基准浓度时，与判定为NO_x的浓度高于基准浓度时相比，气体传感器元件100通过加热器70加热而达到的传感器元件驱动温度设定得较低。亦即，如果NO_x的浓度低于基准浓度，则降低传感器元件驱动温度；如果NO_x的浓度高于基准浓度，则提高传感器元件驱动温度。

因此，在NO_x的浓度低时，能够降低传感器元件驱动温度来抑制偏离值的变动，另外，NO_x的浓度高时，能够提高传感器元件驱动温度来防止被测定气体中的NO_x的分解反应被抑制。另外，NO_x的浓度高时，通过提高传感器元件驱动温度，还能够抑制长期使用气体传感器S时的输出变化。因此，气体传感器S既能进行被测定气体中的NO_x的浓度高的环境下的高精度浓度测定又能进行浓度低的环境下的高精度浓度测定。

＜测定用泵单元的单元电阻相对于投入功率的斜率＞

图3是针对气体传感器S表示测定用泵单元41的单元电阻等相对于对加热器70投入的投入功率(供电)的斜率的图像的一例的图。气体传感器S中，测定用泵单元41的单元电阻(阻抗)[ohm]相对于对加热器70投入的投入功率[W]的斜率在对加热器70投入的投入功率为“11.5”至“13.5”的范围内为“2600[ohm/W]”左右。即，测定电极44与外侧泵电极23之间的阻抗相对于对加热器70投入的投入功率的斜率在投入功率为“11.5”至“13.5”的范围内为约“2600[ohm/W]”。应予说明，例如可以在大气中测定I－V曲线，根据在0～50mV之间使电压以5mV/s扫描时的电流值来计算出斜率而求出单元电阻。另外，“单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率”为例如“大气中的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率”。

此处，本发明的发明人通过实验确认到：测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率优选为200[ohm/W]以上且5000[ohm/W]以下。

即，测定用泵单元41的单元电阻的值相对于对加热器70投入的投入功率的变化而大幅变化的情况下，能够使对测定用泵单元41的单元电阻的值进行控制所需要的投入功率(的变化)变小。亦即，通过使测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率变大，能够利用对加热器70投入的较小投入功率(的变化)来抑制测定用泵单元41的单元电阻的值。并且，本发明的发明人通过实验确认到：测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率优选例如在大气下为200[ohm/W]以上。通过使测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为200[ohm/W]以上，能够利用较小的投入功率来控制测定用泵单元41的单元电阻的值。

另外，除了实验结果以外，本发明的发明人从各种观点出发确认到：测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率优选例如在大气下为5000[ohm/W]以下。通过使测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为5000[ohm/W]以下，能够利用较小的投入功率来控制测定用泵单元41的单元电阻的值。

此处，如上所述，气体传感器S中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率在对加热器70投入的投入功率为“11.5”至“13.5”的范围内为“2600[ohm/W]”左右。因此，气体传感器S能够抑制对加热器70投入的投入功率，且能够控制测定用泵单元41的单元电阻的值。

应予说明，测定用泵单元41的单元电阻的值可以采用例如以下的阻抗检测电路来测定。即，可以采用插入连接于测定用泵单元41的测定电极44和外侧泵电极23之间且对测定电极44与外侧泵电极23之间的阻抗进行检测的阻抗检测电路来测定测定用泵单元41的单元电阻的值。这样的阻抗检测电路可以具备：向测定电极44与外侧泵电极23之间供给交流的交流发生电路、以及对与通过向两者之间供给交流而在两者之间产生的阻抗相对应的电平的电压信号进行检测的信号检测电路。这样的信号检测电路可以由将测定电极44与外侧泵电极23之间产生的交流信号转化为与测定电极44和外侧泵电极23之间的阻抗相对应的电平的电压信号的滤波电路(例如低通滤波器、带通滤波器等)构成。

＜测定用泵单元的单元电阻的斜率和调整用泵单元的单元电阻的斜率的大小＞

气体传感器S中，主泵单元21的单元电阻(阻抗)[ohm]相对于对加热器70投入的投入功率[W]的斜率在对加热器70投入的投入功率为“11.5”至“13.5”的范围内为“11[ohm/W]”左右。

如上所述，气体传感器S中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率在对加热器70投入的投入功率为“11.5”至“13.5”的范围内为“2600[ohm/W]”左右。因此，气体传感器S中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率大于主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率。亦即，气体传感器S中，“测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率”大于“主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率”。另外，“主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率”小于“测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率”。

通过采用这样的构成，气体传感器S能够利用较小的投入功率来控制测定用泵单元41的单元电阻的值，并且，主泵单元21的温度不会过高或过低。

如上所述，通过使测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率变大，能够利用对加热器70投入的较小投入功率(的变化)来控制测定用泵单元41的单元电阻的值。

另外，通过使主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率变小，容易很好地控制主泵单元21的温度，能够控制被测定气体中的NO_x的分解反应。

即，如果主泵单元21的温度过高，则主泵单元21中，被测定气体中的NO_x与内侧泵电极22之间的反应增加，由此被测定气体中的NO_x的分解反应被过度促进。另外，如果主泵单元21的温度过低，则主泵单元21的泵电压Vp0增加，由此被测定气体中的NO_x的分解反应被过度促进。

与此相对，气体传感器S中，由于主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率较小，所以能够很好地控制主泵单元21的温度。气体传感器S中，由于很好地控制主泵单元21的温度，所以，主泵单元21的温度不会过高或过低，能够抑制被测定气体中的NO_x的分解反应被过度促进。

因此，气体传感器S能够利用对加热器70投入的较小投入功率来控制测定用泵单元41的单元电阻的值，另外，能够很好地控制主泵单元21的温度，抑制NO_x的分解反应被过度促进。

＜测定用泵单元的单元电阻的斜率与调整用泵单元的单元电阻的斜率之间的比率＞

如图3所例示的那样，气体传感器S中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为约“2600[ohm/W]”，主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为约“11[ohm/W]”。因此，气体传感器S中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的约“236”倍。

此处，本发明的发明人通过实验确认到：测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率优选为主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍。

如上所述，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率优选大于主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率。并且，本发明的发明人通过实验确认到：优选使测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍。因此，气体传感器S能够利用对加热器70投入的较小投入功率来控制测定用泵单元41的单元电阻的值，另外，能够很好地控制主泵单元21的温度，抑制NO_x的分解反应被过度促进。

应予说明，主泵单元21的单元电阻的值与测定用泵单元41的单元电阻的值同样地，例如可以采用插入连接于主泵单元21的内侧泵电极22和外侧泵电极23之间且对两者之间的阻抗进行检测的阻抗检测电路进行测定。

以上对单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率小于“测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率”的调整用泵单元为主泵单元21的例子进行了说明。不过，单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率小于“测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率”的调整用泵单元也可以为辅助泵单元50。例如，可以使测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率大于辅助泵单元50的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率。另外，可以使测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率大于主泵单元21及辅助泵单元50中的任一单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率。即，只要测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率大于主泵单元21及测定用泵单元41中的至少一个单元电阻相对于该投入功率的斜率即可。

同样地，单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为“测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率”的一千分之一至十分之一的调整用泵单元也可以为辅助泵单元50。例如，可以使测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为辅助泵单元50的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍。另外，也可以使测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍且为辅助泵单元50的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍。即，只要测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为主泵单元21及测定用泵单元41中的至少一个单元电阻相对于该投入功率的斜率的10倍至1000倍即可。

辅助泵单元50的单元电阻的值与测定用泵单元41的单元电阻的值同样地，例如可以采用插入连接于辅助泵单元50的辅助泵电极51和外侧泵电极23(或气体传感器元件100外侧的适当电极)之间且对两者之间的阻抗进行检测的阻抗检测电路进行测定。

[特征]

如上所述，本实施方式所涉及的气体传感器S具备：气体传感器元件100、判定部111以及温度设定部112。气体传感器元件100是由6层氧离子传导性固体电解质层构成的传感器元件。气体传感器元件100包括供被测定气体导入的内部空间(即、被测定气体流通部7)、测定用泵单元41、以及加热器70(加热器部)。测定用泵单元41是由设置于被测定气体流通部7的测定电极44、设置于与被测定气体流通部7不同的部位的外侧泵电极23、以及在测定电极44与外侧泵电极23之间所存在的固体电解质层(第二固体电解质层6、隔离层5、以及第一固体电解质层4)构成的电化学泵单元。加热器70埋设于气体传感器元件100的内部且将气体传感器元件100加热到规定的温度(传感器元件驱动温度)。判定部111基于测定用泵单元41的输出(例如、测定用泵单元41中的泵电流Ip2)，对被测定气体中的NO_x的浓度与规定的浓度(基准浓度)相比是高还是低进行判定。温度设定部112基于判定部111的判定结果(判定结果)来设定气体传感器元件100通过加热器70加热而达到的“规定的温度(传感器元件驱动温度)”。具体而言，当由判定部111判定为NO_x的浓度低于基准浓度时，与由判定部111判定为NO_x的浓度高于基准浓度时相比，温度设定部112将规定的温度设定得较低。

另外，本实施方式所涉及的气体传感器的控制方法是具备气体传感器元件100的气体传感器的控制方法，且是执行判定步骤和温度设定步骤的信息处理方法。判定步骤中，基于测定用泵单元41的输出(例如、泵电流Ip2)，对被测定气体中的NO_x的浓度与规定的浓度(基准浓度)相比是高还是低进行判定。温度设定步骤中，当所述判定步骤中判定为NO_x的浓度(与基准浓度相比)低时，与判定为NO_x的浓度高时相比，将气体传感器元件100通过加热器70加热而达到的“规定的温度(传感器元件驱动温度)”降低。

该构成中，当判定为被测定气体中的NO_x的浓度低于基准浓度时，与判定为NO_x的浓度高于基准浓度时相比，气体传感器元件100通过加热器70加热而达到的传感器元件驱动温度设定得较低。亦即，如果NO_x的浓度低于基准浓度，则降低传感器元件驱动温度；如果NO_x的浓度高于基准浓度，则提高传感器元件驱动温度。

因此，气体传感器S在NO_x的浓度低时，能够降低传感器元件驱动温度而抑制偏离值的变动，另外，在NO_x的浓度高时，能够提高传感器元件驱动温度，从而防止被测定气体中的NO_x的分解反应被抑制。另外，气体传感器S在NO_x的浓度高时，通过提高传感器元件驱动温度，还能够抑制气体传感器S长期使用时的输出变化。

所以，气体传感器S既能进行被测定气体中的NO_x的浓度高的环境下的高精度浓度测定又能进行NO_x的浓度低的环境下的高精度浓度测定。

本实施方式所涉及的气体传感器中，气体传感器元件100可以具备调整用泵单元，亦即，可以具备主泵单元21及辅助泵单元50中的至少一者。气体传感器元件100具备的调整用泵单元是由面对气体传感器元件100的内部空间(即、被测定气体流通部7)而形成的内侧泵电极(内侧泵电极22或辅助泵电极51)、以与外侧泵电极23或固体电解质层1－6中的至少1者接触地露出于外部空间的方式设置的第三电极、以及在所述内侧泵电极与外侧泵电极23或所述第三电极之间所存在的固体电解质层构成的电化学泵单元。

具体而言，主泵单元21是由面对被测定气体流通部7而形成的内侧泵电极22、外侧泵电极23、以及由内侧泵电极22和外侧泵电极23夹着的第二固体电解质层6构成的电化学泵单元。辅助泵单元50是由辅助泵电极51、外侧泵电极23(或与固体电解质层1－6中的至少1者接触的气体传感器元件100外侧的适当电极)、以及由两者夹着的固体电解质层(例如第二固体电解质层6)构成的电化学泵单元。

测定用泵单元41被导入在调整用泵单元(亦即、主泵单元21及辅助泵单元50中的至少一者)中对被测定气体中包含的氧进行了泵送处理后的被测定气体。

此处，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率可以大于调整用泵单元(亦即、主泵单元21及辅助泵单元50中的至少一者)的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率。

通过采用这样的构成，本发明的一个方面所涉及的气体传感器能够利用对加热器70投入的较小投入功率来控制测定用泵单元41的单元电阻的值。另外，通过采用这样的构成，本发明的一个方面所涉及的气体传感器中，调整用泵单元(亦即、主泵单元21及辅助泵单元50中的至少一者)的温度不会过高或过低。

即，通过使测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率变大，能够利用对加热器70投入的较小投入功率(的变化)来控制测定用泵单元41的单元电阻的值。

另外，通过使调整用泵单元(亦即、主泵单元21及辅助泵单元50中的至少一者)的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率变小，容易很好地控制调整用泵单元的温度，能够控制被测定气体中的NO_x的分解反应。

即，如果调整用泵单元(亦即、主泵单元21及辅助泵单元50中的至少一者)的温度过高，则在调整用泵单元中，被测定气体中的NO_x与内侧泵电极(内侧泵电极22及辅助泵电极51中的至少一者)之间的反应增加。因此，被测定气体中的NO_x的分解反应被过度促进。另外，如果调整用泵单元(亦即、主泵单元21及辅助泵单元50中的至少一者)的温度过低，则调整用泵单元的泵电压(泵电压Vp0及电压Vp1中的至少一者)增加，由此被测定气体中的NO_x的分解反应被过度促进。

与此相对，本发明的一个方面所涉及的气体传感器中，调整用泵单元(亦即、主泵单元21及辅助泵单元50中的至少一者)的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率较小。因此，能够很好地控制调整用泵单元的温度。本发明的一个方面所涉及的气体传感器中，由于很好地控制调整用泵单元(亦即、主泵单元21及辅助泵单元50中的至少一者)的温度，所以，调整用泵单元的温度不会过高或过低，能够抑制被测定气体中的NO_x的分解反应被过度促进。

因此，本发明的一个方面所涉及的气体传感器能够利用对加热器70投入的较小投入功率来控制测定用泵单元41的单元电阻的值。另外，能够很好地控制调整用泵单元(亦即、主泵单元21及辅助泵单元50中的至少一者)的温度，从而抑制NO_x的分解反应被过度促进。

上述一个方面所涉及的气体传感器中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率可以为调整用泵单元(亦即、主泵单元21及辅助泵单元50中的至少一者)的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍。

如上所述，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率优选大于调整用泵单元(亦即、主泵单元21及辅助泵单元50中的至少一者)的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率。并且，本发明的发明人通过实验确认到：优选使测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为调整用泵单元(亦即、主泵单元21及辅助泵单元50中的至少一者)的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍。

[变形例]

以上对本发明的实施方式进行了说明，不过，前述的实施方式的说明在所有方面均不过是本发明的示例。对上述实施方式可以进行各种改良及变形。关于上述实施方式的各构成要素，可以适当进行构成要素的省略、置换以及追加。另外，上述实施方式的各构成要素的形状及尺寸可以根据实施方式进行适当变更。例如，可以进行如下变更。应予说明，以下，针对与上述实施方式同样的构成要素采用同样的符号，并针对与上述实施方式同样的点而适当省略说明。以下的变形例可以进行适当组合。

(I)测定用泵单元的单元电阻的斜率

以上对测定用泵单元41的单元电阻(测定电极44与外侧泵电极23之间的阻抗)相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为约“2600[ohm/W]”的气体传感器S进行了说明。不过，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为约“2600[ohm/W]”不是必须的。如上所述，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率优选为200[ohm/W]以上且5000[ohm/W]以下。

图4是针对变形例所涉及的气体传感器S1表示测定用泵单元41的单元电阻等相对于对加热器70投入的投入功率(供电)的斜率的图像的一例的图。气体传感器S1中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率(阻抗)的斜率在对加热器70投入的投入功率为“11.5”至“13.5”的范围内为“600[ohm/W]”左右。即，气体传感器S1中，测定电极44与外侧泵电极23之间的阻抗相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为200[ohm/W]以上且5000[ohm/W]以下的值，具体为约“600[ohm/W]”。因此，气体传感器S1能够抑制对加热器70投入的投入功率，并且控制测定用泵单元41的单元电阻的值。

(II)单元电阻的斜率的大小

以上对主泵单元21的单元电阻(阻抗)相对于对加热器70投入的投入功率的斜率在对加热器70投入的投入功率为“11.5”至“13.5”的范围内为约“11[ohm/W]”的气体传感器S进行了说明。不过，主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为约“11[ohm/W]”不是必须的。如上所述，优选使“测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率”大于“主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率”。

如图4所例示，气体传感器S1中，主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70的投入功率[W]的斜率在对加热器70投入的投入功率为“11.5”至“13.5”的范围内为约“10[ohm/W]”。并且，气体传感器S1中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率在对加热器70投入的投入功率为“11.5”至“13.5”的范围内为约“600[ohm/W]”。因此，气体传感器S1中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率大于主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率。

因此，气体传感器S1能够利用对加热器70投入的较小投入功率来控制测定用泵单元41的单元电阻的值，另外，能够很好地控制主泵单元21的温度，从而能够抑制NO_x的分解反应被过度促进。

应予说明，气体传感器S1中，单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率小于“测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率”的调整用泵单元也可以为辅助泵单元50。亦即，气体传感器S1中，可以使测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率大于辅助泵单元50的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率。另外，可以使测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率大于主泵单元21及辅助泵单元50中的任一单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率。气体传感器S1中，只要测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率大于主泵单元21及辅助泵单元50中的至少一者的单元电阻相对于该投入功率的斜率即可。

(III)单元电阻的斜率的比率

以上对测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的约“236”倍的气体传感器S进行了说明。不过，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的约“236”倍不是必须的。如上所述，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率优选为主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍。

如图4所例示的那样，气体传感器S1中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为约“600[ohm/W]”，主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为约“10[ohm/W]”。因此，气体传感器S1中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的约“60”倍。亦即，气体传感器S1中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍的值。因此，气体传感器S1能够利用对加热器70投入的较小投入功率来控制测定用泵单元41的单元电阻的值，另外，能够很好地控制主泵单元21的温度，从而能够抑制NO_x的分解反应被过度促进。

应予说明，气体传感器S1中，单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为“测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率”的一千分之一至十分之一的调整用泵单元也可以为辅助泵单元50。例如，可以使测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为辅助泵单元50的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍。另外，可以使测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为主泵单元21的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍，且为辅助泵单元50的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍。气体传感器S1中，只要测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率为主泵单元21及辅助泵单元50中的至少一者的单元电阻相对于该投入功率的斜率的10倍至1000倍即可。

(IV)对测定用泵单元41的单元电阻的控制

以上对具备判定部111及温度设定部112的气体传感器S、亦即执行传感器元件驱动温度设定处理的气体传感器S进行了说明。不过，本实施方式所涉及的气体传感器除了执行传感器元件驱动温度设定处理以外，还可以进一步执行阻抗恒定控制。

图5是表示变形例所涉及的气体传感器S2中的阻抗恒定控制的概要的图。如图5所例示，气体传感器S2具备气体传感器元件100和控制器110A。应予说明，气体传感器S2具有作用、功能与使用图1等而说明的气体传感器S的构成要素通用的构成要素。对上述构成要素标记与图1等所示的对应构成要素相同的附图标记，除了必要情形以外，省略详细说明。

控制器110A对气体传感器S2的各部分的动作进行控制，并且，基于流通于气体传感器元件100的泵电流Ip2来确定NO_x浓度，另外，通过加热器70而将气体传感器元件100加热到“规定的温度(传感器元件驱动温度)”。控制器110A通过通用或者专用的计算机来实现，作为由其CPU、存储器等实现的功能的构成要素，如图5所例示的那样，具备：判定部111、温度设定部112、加热器控制部113、阻抗检测部114、差异计算部115、以及存储部116。即，控制器110A中，作为功能结构，与前述的控制器110同样地，具备：判定部111、温度设定部112、以及加热器控制部113。控制器110A中，作为功能构成，还具备：阻抗检测部114、差异计算部115、以及存储部116。应予说明，气体传感器S2将来自汽车发动机的排气中包含的NO_x作为监测及测定的对象，气体传感器元件100安装于排气路径的情况下，控制器110A的一部分或者全部的功能也可以通过搭载于该汽车的ECU(电子控制装置)来实现。

另外，图5中，作为控制器110A具备的功能块，举出了判定部111、温度设定部112、加热器控制部113、阻抗检测部114、差异计算部115、以及存储部116。不过，控制器110A也可以具备除了上述功能块以外的功能块。控制器110A也可以具备例如NO_x的监测、浓度运算等其他用途的功能块。具体而言，控制器110A可以进一步具备：对各泵单元的动作进行控制的功能块、运算NO_x浓度的功能块、对控制器110A具备的各部分的动作进行统筹控制的功能块等。

控制器110A具备的判定部111与控制器110具备的判定部111同样地，基于测定用泵单元41的输出来判定被测定气体中的NO_x的浓度与规定的浓度(基准浓度)相比是高还是低(判定步骤)。控制器110A具备的判定部111将使用测定用泵单元41的输出进行的判定的结果(判定结果)、亦即被测定气体中的NO_x的浓度与基准浓度相比是高还是低通知给差异计算部115。

阻抗检测部114对测定用泵单元41的单元电阻(阻抗)的值进行测定(检测)，并将测定得到的测定用泵单元41的单元电阻的值通知给差异计算部115。阻抗检测部114可以向例如测定用泵单元41的测定电极44与外侧泵电极23之间供给交流，将两者之间产生的交流信号转化为与两者之间的阻抗相对应的电平的电压信号。

具体而言，阻抗检测部114可以为插入连接于测定用泵单元41的测定电极44和外侧泵电极23之间且对测定电极44与外侧泵电极23之间的阻抗进行检测的阻抗检测电路。阻抗检测部114可以具备：向测定电极44与外侧泵电极23之间供给交流的交流发生电路、以及对与通过向两者之间供给交流而在两者之间产生的阻抗相对应的电平的电压信号进行检测的信号检测电路。阻抗检测部114具备的信号检测电路可以由将测定电极44与外侧泵电极23之间产生的交流信号转化为与测定电极44和外侧泵电极23之间的阻抗相对应的电平的电压信号的滤波电路(例如低通滤波器、带通滤波器等)构成。

差异计算部115采用由判定部111通知的判定结果和由阻抗检测部114通知的测定用泵单元41的单元电阻的值，计算出测定用泵单元41的单元电阻的值与第一基准值或第二基准值之差(差异计算步骤)。差异计算部115将所计算出的“测定用泵单元41的单元电阻的值与基准值(第一基准值或第二基准值)之差”通知给温度设定部112。

具体而言，当判定部111通知了“NO_x的浓度低于基准浓度”这一判定结果时，差异计算部115参照存储部116的基准阻抗117而取得第一基准值。然后，差异计算部115计算出所取得的第一基准值与由阻抗检测部114通知的测定用泵单元41的单元电阻的值之差，并将所计算出的差值通知给温度设定部112。第一基准值是：“NO_x的浓度低于基准浓度”的情况下，作为测定用泵单元41应当呈现的单元电阻的值而预先设定的值。

另外，当判定部111通知了“NO_x的浓度高于基准浓度”这一判定结果时，差异计算部115参照存储部116的基准阻抗117而取得第二基准值。然后，差异计算部115计算出所取得的第二基准值与由阻抗检测部114通知的测定用泵单元41的单元电阻的值之差，并将所计算出的差值通知给温度设定部112。第二基准值是：“NO_x的浓度高于基准浓度”的情况下，作为测定用泵单元41应当呈现的单元电阻的值而预先设定的值。

当判定部111通知了“NO_x的浓度与基准浓度相等”这一判定结果时，差异计算部115可以将维持由温度设定部112在该时刻设定的传感器元件驱动温度这一指示通知给温度设定部112。

温度设定部112基于由差异计算部115通知的“测定用泵单元41的单元电阻的值与基准值(第一基准值或第二基准值)之差”，设定传感器元件驱动温度(温度设定步骤、阻抗恒定控制步骤)。具体而言，温度设定部112以使得“测定用泵单元41的单元电阻的值与基准值(第一基准值或第二基准值)之差”变小的方式设定传感器元件驱动温度。亦即，温度设定部112以使得测定用泵单元41的单元电阻的值和基准值(第一基准值或第二基准值)相等的方式设定传感器元件驱动温度。然后，温度设定部112将所设定的传感器元件驱动温度通知给加热器控制部113。

例如，如果测定用泵单元41的单元电阻的值小于基准值(第一基准值或第二基准值)，则温度设定部112以使得测定用泵单元41的单元电阻的值变大而与基准值相等的方式降低该时刻之前设定的传感器元件驱动温度。温度设定部112将以使得测定用泵单元41的单元电阻的值与基准值相等的方式降低后的新的传感器元件驱动温度通知给加热器控制部113。

例如，如果测定用泵单元41的单元电阻的值大于基准值(第一基准值或第二基准值)，则温度设定部112以使得测定用泵单元41的单元电阻的值变小而与基准值相等的方式提高该时刻之前设定的传感器元件驱动温度。温度设定部112将以使得测定用泵单元41的单元电阻的值与基准值相等的方式提高后的新的传感器元件驱动温度通知给加热器控制部113。

控制器110A具备的加热器控制部113与控制器110具备的加热器控制部113同样地，基于由温度设定部112通知的传感器元件驱动温度，对加热器70的动作进行控制。通过加热器控制部113对从加热器电源77朝向加热器70投入的投入功率(供电)进行控制，加热器70以使得气体传感器元件100的温度达到由温度设定部112设定的传感器元件驱动温度的方式对气体传感器元件100进行加热。加热器控制部113也可以以使得作为加热器电阻检测引线76与加热器引线72a之间的电阻值而得到的加热器电阻(加热器构件72的电阻)的值达到与由温度设定部112设定的规定的温度相对应的值的方式对施加于加热器电源77的加热器电压进行控制。

如以上所说明的那样，气体传感器S2中，当判定为“NO_x的浓度低于基准浓度”时，测定用泵单元41的单元电阻的值被控制为达到第一基准值(第一值)。

例如，当测定用泵单元41的单元电阻的值小于第一基准值时，控制器110A以使得测定用泵单元41的单元电阻的值和第一基准值相等的方式降低传感器元件驱动温度而使测定用泵单元41的单元电阻的值变大。例如，当测定用泵单元41的单元电阻的值大于第一基准值时，控制器110A以使得测定用泵单元41的单元电阻的值和第一基准值相等的方式提高传感器元件驱动温度而使测定用泵单元41的单元电阻的值变小。例如，当测定用泵单元41的单元电阻的值和第一基准值相等时，控制器110A可以维持在该时刻设定的传感器元件驱动温度，从而维持测定用泵单元41的单元电阻的值与第一基准值相等的状态。

另外，气体传感器S2中，当判定为“NO_x的浓度高于基准浓度”时，测定用泵单元41的单元电阻的值控制为第二基准值(第二值)。

例如，当测定用泵单元41的单元电阻的值小于第二基准值时，控制器110A以使得测定用泵单元41的单元电阻的值和第二基准值相等的方式降低传感器元件驱动温度而使测定用泵单元41的单元电阻的值变大。例如，当测定用泵单元41的单元电阻的值大于第二基准值时，控制器110A以使得测定用泵单元41的单元电阻的值和第二基准值相等的方式提高传感器元件驱动温度而使测定用泵单元41的单元电阻的值变小。例如，当测定用泵单元41的单元电阻的值和第二基准值相等时，控制器110A可以维持在该时刻设定的传感器元件驱动温度，从而维持测定用泵单元41的单元电阻的值与第二基准值相等的状态。

如以上所说明的那样，气体传感器S2(特别是控制器110A)中，作为设定传感器元件驱动温度的温度设定步骤，执行以下的阻抗恒定控制步骤。即，控制器110A(特别是温度设定部112)执行以使得测定用泵单元41的单元电阻的值与基准值(第一基准值或第二基准值)相等的方式设定传感器元件驱动温度的阻抗恒定控制步骤。此处，作为基准值，采用第一基准值还是第二基准值取决于被测定气体中的NO_x的浓度。如果NO_x的浓度低于基准浓度，则作为基准值采用第一基准值。如果NO_x的浓度高于基准浓度，则作为基准值采用第二基准值。

该构成中，当判定为NO_x浓度低时，测定用泵单元41的单元电阻的值控制为第一基准值，另外，当判定为NO_x浓度高时，测定用泵单元41的单元电阻的值控制为第二基准值。因此，气体传感器S2能够抑制测定结果因时间的经过(例如、测定用泵单元41的单元电阻的值的变动)而发生变动、而不是因被测定气体中的NO_x的浓度而发生变动这样的情况的发生。

(V)其他

上述实施方式中，气体传感器元件100的层叠体由6层固体电解质层构成。不过，构成层叠体的固体电解质层的数量可以不限定于这样的例子，可以根据实施方式进行适当选择。

另外，上述实施方式中，供被测定气体导入的内部空间(即、被测定气体流通部7)设置于由第一固体电解质层4、隔离层5、以及第二固体电解质层6区划形成的位置。不过，被测定气体流通部7的配置可以不限定于这样的例子，可以根据实施方式进行适当选择。第一面、第二面、第一泵电极、第二泵电极、第一引线以及第二引线的配置可以根据层叠体及内部空间的构成而适当选择。

另外，上述实施方式中，被测定气体流通部7构成为具有3室结构。不过，被测定气体流通部7的构成可以不限定于这样的例子，可以根据实施方式进行适当选择。另一例中，可以省略第四扩散速度控制部18及第三内部空腔19，据此，被测定气体流通部7可以构成为具有2室结构。这种情况下，测定电极44可以设置于与第二内部空腔17相邻的第一固体电解质层4的上表面的远离第三扩散速度控制部16的位置。即，被测定气体流通部7可以包含2个进行氧的汲出或汲入的空腔，也可以仅包含1个。另外，对于气体传感器元件100而言，具备1个以上的扩散速度控制部也不是必须的。

另外，图1中，内侧泵电极22及外侧泵电极23均相对于空间而露出。不过，与空间相邻可以不限定于这样的形态，可以隔着被覆等而间接地相邻。作为另一例，外侧泵电极23也可以由保护部件等被覆。

另外，上述实施方式中，设置有基准气体导入空间43。不过，气体传感器元件100的构成可以不限定于这样的例子。另一例中，第一固体电解质层4可以构成为延伸至气体传感器元件100的后端，省略基准气体导入空间43。这种情况下，大气导入层48可以构成为延伸至气体传感器元件100的后端。

另外，上述实施方式中，气体传感器元件100构成为对氮氧化物(NO_x)的浓度进行测定。不过，本发明的气体传感器元件可以不限定于这样的构成为对NO_x的浓度进行测定的气体传感器元件。另一例中，本发明的气体传感器元件可以为例如构成为对氧的浓度进行测定的气体传感器元件等其他气体传感器元件。例如，关于上述实施方式所涉及的气体传感器元件100，通过省略辅助泵单元、测定泵单元，并将基准电极配置于主泵电极之下，能够构成用于测定氧浓度的气体传感器元件。这种情况下，气体传感器元件利用主泵单元将氧汲出，由此能够测定被测定气体中的氧浓度。

[实施例]

为了验证本发明的效果，制作以下的实施例1～4所涉及的气体传感器。不过，本发明并不限定于以下的各实施例所涉及的气体传感器。

表1

实施例1是采用图1～图3进行了说明的气体传感器S。如上所述，气体传感器S中，调整泵单元(例如、主泵单元21)的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率A[ohm/W]为约“11”。另外，实施例1(气体传感器S)中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率B[ohm/W]为约“2600”。因此，实施例1中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率B为调整泵单元的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率A的约“236”倍，亦即，“B/A”为约“236”。

实施例2是采用图4进行了说明的气体传感器S1。如上所述，气体传感器S1中，调整泵单元(例如、主泵单元21)的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率A[ohm/W]为约“10”。另外，实施例2(气体传感器S1)中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率B[ohm/W]为约“600”。因此，实施例2中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率B为调整泵单元的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率A的约“60”倍，亦即，“B/A”为约“60”。

实施例3是构成为具备与实施例1(气体传感器S)及实施例2(气体传感器S1)同样的构成、且调整泵单元(例如、主泵单元21)及测定用泵单元41分别满足以下条件的气体传感器。即，实施例3所涉及的气体传感器具备：气体传感器元件100、判定部111、以及温度设定部112。并且，实施例3中，调整泵单元(例如、主泵单元21)的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率A[ohm/W]为约“20”。另外，实施例3中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率B[ohm/W]为约“200”。因此，实施例3中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率B为调整泵单元的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率A的约“10”倍，亦即，“B/A”为约“10”。

实施例4是构成为具备与实施例1(气体传感器S)及实施例2(气体传感器S1)同样的构成、且调整泵单元(例如、主泵单元21)及测定用泵单元41分别满足以下条件的气体传感器。即，实施例4所涉及的气体传感器具备：气体传感器元件100、判定部111、以及温度设定部112。并且，实施例4中，调整泵单元(例如、主泵单元21)的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率A[ohm/W]为约“5”。另外，实施例4中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率B[ohm/W]为约“5000”。因此，实施例4中，测定用泵单元41的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率B为调整泵单元的单元电阻相对于对加热器70投入的投入功率的斜率A的约“1000”倍，亦即，“B/A”为约“1000”。

本发明的发明人对实施例1～4各自所涉及的气体传感器实施采用了柴油发动机的以下耐久试验，确认各气体传感器的参数(输出值等)在实施该耐久试验前后如何变化。即，作为上述耐久试验，本发明的发明人进行了下述试验，即，将各气体传感器安装于汽车尾气管的配管，将以发动机转速1500～3500rpm、负荷扭矩0～350N·m的范围构成的40分钟的运转模式反复进行2000小时。应予说明，该耐久试验中，气体温度设为200摄氏度～600摄氏度，NO_x浓度设为0～1500ppm。

并且，在实施上述耐久试验的前后，针对实施例1～4各自所涉及的气体传感器，确认“NO_x的浓度高的环境下的NO_x输出”、“O₂的浓度高的环境下的NO_x输出”及“偏离值”如何变化。表1中的“评价1”示出了针对实施例1～4分别确认的实施上述耐久试验前后的NO_x的浓度高的环境下的NO_x输出的变化率。另外，表1中的“评价2”示出了针对实施例1～4分别确认的实施上述耐久试验前后的O₂的浓度高(亦即、NO_x的浓度相对较低)的环境下的NO_x输出的变化率。此外，表1中的“评价3”示出了针对实施例1～4分别确认的实施上述耐久试验前后的NO_x输出的偏离变动量(偏离值的变动量)。

具体而言，作为评价1，本发明的发明人采用以下的试样气体Mg1，对实施例1～4分别调查实施上述耐久试验前后的NO_x输出的变化程度(变化率)。即，针对实施例1～4，分别在实施耐久试验之前和之后，测定使NO_x浓度为1500ppm、O₂浓度为0％的试样气体Mg1流通时的NO_x输出，调查其变化程度。其结果，如表1的“评价1”所示，实施例1为“-6％”，实施例2为“-8％”，实施例3为“-10％”，实施例4为“-5％”。

另外，作为评价2，本发明的发明人采用以下的试样气体Mg2，对实施例1～4分别调查实施上述耐久试验前后的NO_x输出的变化程度(变化率)。即，针对实施例1～4，分别在实施耐久试验之前和之后，测定使NO_x浓度为500ppm、O₂浓度为18％的试样气体Mg2流通时的NO_x输出，调查其变化程度。其结果，如表1的“评价2”所示，实施例1为“-7％”，实施例2为“-9％”，实施例3为“-10％”，实施例4为“-5％”。

此外，作为评价3，本发明的发明人采用以下的试样气体Mg3，对实施例1～4分别调查实施上述耐久试验前后的偏离值的变动量。即，针对实施例1～4，分别在实施耐久试验之前和之后，测定使NO_x浓度为0ppm、O₂浓度为0％、H₂O浓度为3％的试样气体Mg3流通时的偏离值，调查其变化量。其结果，如表1的“评价3”所示，实施例1为“+4ppm”，实施例2为“+5ppm”，实施例3为“+7ppm”，实施例4为“+3ppm”。

如评价1所示，实验例1～4所涉及的气体传感器即便是使用了2000小时之后，也能够在NO_x浓度为1500ppm、O₂浓度为0％的环境下将NO_x输出的变化率抑制到10％以下。因此，确认到：本发明所涉及的气体传感器即便是使用了规定时间之后，也能够在被测定气体(例如、尾气)中的特定气体(例如、NO_x)的浓度高的环境下实施高精度的浓度测定。

如评价2所示，实验例1～4所涉及的气体传感器即便是使用了2000小时之后，也能够在NO_x浓度为500ppm、O₂浓度为18％的环境下将NO_x输出的变化率抑制到10％以下。因此，确认到：本发明所涉及的气体传感器即便是使用了规定时间之后，也能够在被测定气体中的特定气体的浓度低(O₂等除了特定气体以外的气体成分的浓度高)的环境下实施高精度的浓度测定。

特别是，如评价1及评价2所示，实验例1～4所涉及的气体传感器无论在被测定气体中的特定气体的浓度高的环境下还是特定气体的浓度低的环境下，均能够将NO_x输出的变化率抑制到10％以下。因此，确认到：本发明所涉及的气体传感器既能进行被测定气体中的特定气体的浓度高的环境下的高精度浓度测定又能进行浓度低的环境下的高精度浓度测定。

如评价3所示，实验例1～4所涉及的气体传感器即便是使用了2000小时之后，也能够在NO_x浓度为0ppm、O₂浓度为0％、H₂O浓度为3％的环境下将偏离变动量抑制到+7ppm以下。因此，确认到：本发明所涉及的气体传感器能够抑制偏离值的变动，从而高精度地测定被测定气体中的特定气体的浓度。应予说明，评价3对实施上述耐久试验前后的实施例1～4各自的偏离值的变动量进行评价，因此，可以利用“对在各时间确定的值进行校正的方法”、亦即时间校正。因此，实施上述耐久试验前后的偏离值的变动量落在-10％～+10％的范围内的情况下，能够有效地利用上述时间校正，可以评价为“能够抑制偏离值的变动”。

Claims (7)

1.一种气体传感器，具备：

传感器元件，该传感器元件是将多个氧离子传导性的固体电解质层进行层叠而得到的，该传感器元件包括：供被测定气体导入的内部空腔；由设置于所述内部空腔的测定电极、设置于与所述内部空腔不同的部位的外侧泵电极和存在于所述测定电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质层构成的作为电化学泵单元的测定用泵单元；以及埋设于所述传感器元件的内部且将所述传感器元件加热到规定的温度的加热器部；

判定部，该判定部基于所述测定用泵单元的输出，对所述被测定气体中的规定的气体成分的浓度与规定的浓度相比是高还是低进行判定；以及

温度设定部，当由所述判定部判定为所述浓度低时，与判定为所述浓度高时相比，该温度设定部将所述规定的温度设定得较低。

2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，

所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率为200[ohm/W]以上。

3.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，

所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率为5000[ohm/W]以下。

4.根据权利要求1或2所述的气体传感器，其特征在于，

所述传感器元件还具备一个以上的作为电化学泵单元的调整用泵单元，

该电化学泵单元由面对所述内部空腔而形成的内侧泵电极、以与所述外侧泵电极或所述固体电解质层接触地露出于外部空间的方式设置的第三电极、以及存在于所述内侧泵电极与所述外侧泵电极或所述第三电极之间的所述固体电解质层构成，

所述测定用泵单元被导入在所述调整用泵单元中对所述被测定气体中包含的氧进行了泵送处理后的所述被测定气体，

所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率大于所述调整用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率。

5.根据权利要求4所述的气体传感器，其特征在于，

当由所述判定部判定为所述浓度低时，所述测定用泵单元的单元电阻的值被控制为达到规定的第一值，

当由所述判定部判定为所述浓度高时，所述测定用泵单元的单元电阻的值被控制为达到与所述第一值不同的规定的第二值。

6.根据权利要求4所述的气体传感器，其特征在于，

所述测定用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率为所述调整用泵单元的单元电阻相对于对所述加热器部投入的投入功率的斜率的10倍至1000倍。

7.一种气体传感器的控制方法，该气体传感器具备传感器元件，该传感器元件是将多个氧离子传导性的固体电解质层进行层叠而得到的，该传感器元件包括：供被测定气体导入的内部空腔；由设置于所述内部空腔的测定电极、设置于与所述内部空腔不同的部位的外侧泵电极和存在于所述测定电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质层构成的作为电化学泵单元的测定用泵单元；以及埋设于所述传感器元件的内部且将所述传感器元件加热到规定的温度的加热器部，

所述气体传感器的控制方法包括：

判定步骤，该步骤中，基于所述测定用泵单元的输出，对所述被测定气体中的规定的气体成分的浓度与规定的浓度相比是高还是低进行判定；以及

温度设定步骤，该步骤中，当在所述判定步骤中判定为所述浓度低时，与判定为所述浓度高时相比，将所述规定的温度降低。